книги из ГПНТБ / Стандартизация и качество машин учеб. пособие

Принцип работы САР, основанный на изменении размера ста­ тической настройки системы СПИД, позволяет использовать ее для компенсации размерного износа. Для этого необходимо измерять детали, прошедшие обработку, и по результатам измерений выход­ ных данных деталей вносить коррективы в первоначальную на­ стройку САР.

Для компенсации упругих перемещений системы СПИД исполь­ зуется метод регулирования продольной подачи. В этих системах отклонение суппорта от настроечного положения фиксируется дат­ чиком, который выдает напряжение прямого или обратного направ­ ления. Направление сравнивается с опорным напряжением в срав­ нивающем устройстве, усиливается и в виде сигнала управления поступает на обмотку электродвигателя. Электродвигатель вращает управляющий шпиндель гидравлического регулятора; направление вращения зависит от знака поданного напряжения. В результате этого происходит изменение скорости вращения ходового валика и подачи.

Эти системы являются типовыми системами автоматического регулирования.

Статистическое регулирование технологического процесса. На базе математической статистики основан еще один метод контроля^ отличный от статистического приемочного контроля качества про­ дукции. Это метод статистического регулирования технологическо­ го процесса, в основе которого лежит текущий контроль за произ­ водством с целью предупреждения возможности появления бракана контролируемом станке, участке, в цехе, на заводе.

Как показывает практика, даже в тщательно настроенной и от­ лаженной технологической линии с течением времени происходят отклонения размеров (или других параметров) обрабатываемых деталей, обусловленные случайными и систематическими ошибками. К систематическим ошибкам можно отнести, например, износ ин­ струмента, направляющих станка, тепловую деформацию обраба­ тываемой детали, различие в сырье.

Впроцессе работы станка через установленные равные проме­ жутки времени или после обработки определенного количества де­ талей выборка из п штук деталей подвергается контролю. После несложной математической обработки результаты измерений нано­ сятся на контрольную карту, позволяющую наглядно отразить ход производственного процесса и намечающиеся отклонения в наст­ ройке и регулировке станков.

Внастоящее время в производственной практике применяются несколько видов контрольных карт, из которых наибольшее рас­ пространение получили карты средних значений, карты медиан, карты размахов и различные их комбинации.

140

контролируемого параметра х, подсчитанное по результатам конт­ роля выборки п:

На контрольную карту наносят среднюю линию, характеризую­

щую центр рассеивания или среднюю величину х средних значений контролируемого параметра, а также верхнюю и нижнюю грани­

цы допустимых отклонений значений х — г р а н и ц ы р е г у л и р о ­ в а н и я .

Рис. 56. Карта средних значений (х-карта)

Положение средней линии и границ устанавливают по резуль­ татам ранее проводившихся измерений (прошлый месяц, .квартал, год) по формулам

по результатам т выборок.

Если величина a~i неизвестна, положение границ регулирования можно определить по формулам:

К в = X - f Аа; К„ = X — Аа,

где А — коэффициент, который выбирается из таблиц и определяет ширину «поля естественного допуска» (расстояние между границами);

141

■0 — среднее квадратическое отклонение всех значений контро­ лируемого параметра.

В ГОСТ 15894—70 и в стандартах США коэффициент А выби­

рается таким, чтобы 99,73% всех ожидаемых значений х находи­ лось в пределах ограниченной зоны. Английские статистики раздви­ гают границы регулирования с тем, чтобы между ними ожидалось

появление 99% значений х.

Объем выборки п должен быть постоянным, так как его изме­ нение ведет к перестройке всей карты и вычислению новых конт­ рольных границ.

Когда технологический процесс находится в нормальном состоя­ нии, очередные точки на контрольной карте ложатся вблизи сред­

ней линии. Если точка х вышла за границу регулирования, необхо­ димо срочно производить регулировку процесса. Однако еще до

выхода х за контрольную границу карта дает возможность заранее до появления дефектных деталей судить о намечающихся наруше­ ниях технологического процесса по следующим признакам:

появление нескольких последовательных значений х вблизи контрольной границы; _

расположение всех значений х по одну сторону от средней ли­

наметившаяся тенденция приближения х к одной из контроль­ ных границ.

К а р т а м е д и а н (х-карта) имеет те же значение и смысл, что и карта средних значений, но значительно упрощает вычисления. Если несколько значений х разместить в возрастающей степени, то м е д и а н о й этой случайной величины будет называться значе­ ние величины, занимающей в ряду среднее положение.

Принцип построения карты такой же: определяют среднее зна­ чение медиан и две границы регулирования. На карту наносят зна­ чения медиан, определяемые для каждой выборки. Для построения

х-карты число п деталей в выборке желательно брать нечетным. К а р т а с р е д н и х к в а д р а т и ч е с к и х о т к л о н е н и й

{S-карта) применяется для более глубокого анализа совершенства технологического процесса. В этом случае на карту наносят средние квадратические отклонения случайной величины х в каждой вы­ борке. Карта имеет нулевую линию и одну верхнюю контрольную

•границу. Положение точек на карте характеризует степень рассея­ ния случайной величины х.

вается разность между наибольшим и наименьшим значениями х в выборке: 7?=хmax—Хщт- Значения размахов откладывают на

142

ГОСТ 15893—70 «Качество продукции. Статистическое регулиро­ вание технологических процессов. Метод медиан и индивидуальных значений»;

ГОСТ 15894—70 «Качество продукции. Статистическое регулиро­ вание технологических процессов. Метод средних арифметических значений и размахов»;

ГОСТ 15895—70 «Качество продукции. Статистические методы управления качеством. Термины»;

ГОСТ 16490—70 «Качество продукции. Контроль качества при­ емочный статистический с учетом процента принятых партий с пер­ вого предъявления»;

ГОСТ 16949—71 «Качество продукции. Статистическая оценка точности и стабильности качества изготовления продукции. Терми­ ны и определения»;

ГОСТ 16497—70 «Качество продукции. Индикаторы статистиче­ ские. Типы и технические требования».

Статистическое регулирование технологических процессов хоро­ шо поддается механизации и автоматизации: начиная от электрон­ ных вычислительных приборов до автоматического контроля с ана­ лизатором и обратной связью на управляющие и регулирующие уст­ ройства станка.

Неразрушающие методы контроля. Как указывалось, сплошной приемочный, а иногда и операционный контроль качества продук­ ции в некоторых случаях бывает невозможен, поскольку контроль какого-то показателя качества связан с разрушением изделия. Та­ ковы испытания на прочность, выносливость, на способность вы­ держивать предельные нагрузки и перегрузки. Разрушение деталей машин всегда происходит в том месте, где в структуре материала или на поверхности детали имеется скрытый дефект в виде трещи­ ны, инородного включения, рыхлот, непроваров и пр.

В настоящее время широкое распространение в машинострое­ нии получают неразрушающие методы контроля, с помощью кото­ рых удается обнаружить всевозможные скрытые дефекты и с боль­ шой степенью точности определять их характер, размеры и глубину залегания под поверхностью металла.

Метод обнаружения скрытых дефектов в деталях машин полу­ чил общее название «интроскопия». Он отличается от других мето­ дов контроля тем, что использует явления проникновения какоголибо физического поля или вещества внутрь контролируемой дета­ ли, не повреждая ее, с последующим анализом этого поля или эффекта проникновения вещества.

К основным дефектам, определяемым неразрушающими мето­ дами, относятся микроскопические трещины в металлах, отклоне­ ние химического состава от нормы, несоответствие структуры ме­ талла требуемой, неоднородность структуры металла, нерациональ­ ное распределение остаточных напряжений, возникающих в изде­ лии в процессе технологической обработки, отклонение от номи­ нальных размеров и их правильной геометрической формы, несоот­

144

ветствие электрических, магнитных и других характеристик задан­ ным. О важности контроля этих характеристик говорят следующие примеры. Если в лонжероне вертолета появится небольшая трещи­ на, то лопасть вертолета разрушится через 35—50 мин. Если же использовать средства, позволяющие определять зароды­ шевые трещины, то аварию можно предотвратить. Металлографи­ ческий анализ структуры образца занимает 2—3 ч; неразрушающие методы контроля позволяют находить дефекты за.1—2 с. В США определение толщины обшивки морского судна стоило 150 тыс. долл., для определения глубины коррозии приходилось суда ставить в су­ хой док, сверлить контрольные отверстия, промерять в них толщи­ ны обшивки, а затем их заваривать. Применение для этой цели ультразвуковой дефектоскопии позволило до тысячи раз сократить сроки и стоимость контроля. Неразрушающие методы позволяют существенно сократить расход металла, так как при этих методах отпадает необходимость в изготовлении специальных образцов; на металлургических заводах, выпускающих легированные трубы, 18% готовой продукции разрушалось при испытаниях; с внедре­ нием неразрушающего контроля эта цифра уменьшилась более чем

в10 раз.

Косновным принципам неразрушающего контроля относятся ультразвуковая дефектоскопия, рентгеновский контроль, магнитные

методы.

Р е н т г е н о- и г а м м а - д е ф е к т о с к о п и я . Этот метод основан на способности а, (3, у-лучей и нейтронного излучения про­ никать через различные непрозрачные материалы. При прохожде­ нии через материалы различной плотности и толщины эти лучи поглощаются с различной интенсивностью. Ослабление интенсивно­ сти рентгено- и гамма-излучения после прохождения через вещество вследствие поглощения и рассеяния выражается следующей зави­ симостью:

g — плотность вещества, через которое проходят лучи;

um= —— массовый коэффициент ослабления, характеризующий

Р

относительное ослабление излучения единицей массы вещества.

Коэффициенты ц и (.iTOопределяются для каждого вещества и каждой длины волны (коэффициенты приводятся в соответствую­

щих таблицах). Рентгено- и гамма-лучи, прошедшие через плотный материал, имеют меньшую интенсивность, чем лучи, проходящие через материал с раковинами, трещинами и другими дефектами. По теневому изображению этих лучей судят о неоднородности мате­ риала или о наличии в нем дефектов. Для регистрации излучения служат: методы фотографирования, флюоресцирующие ('светящие­ ся) экраны, визуальный метод (с электронно-оптическим преобра­ зователем), ионизационный метод, основанный на свойстве рентге­ новских лучей адсорбироваться в газах и вызывать появление фо­ тоэлектронов.

Рентгено- и гамма-дефектоскопия применяется для определения дефектов в литье, сварных соединениях, деталях из металлов, пла­ стмасс, бетона и других материалов, для определения правильно­ сти сборки механизмов, обнаружения износа деталей.

М е т о д ы в и х р е в ы х т о к о в . Вихревые токи (токи Фуко) возникают вследствие электромагнитной индукции в проводниках, находящихся в переменном электромагнитном поле. На этом прин­ ципе построен электромагнитный индуктивный дефектоскоп (ЭМИД). Прибор состоит из двух датчиков, каждый из которых имеет две катушки, надетые одна на другую. В катушку вместо сердечника вкладывается испытываемая деталь. На первую катушку подается напряжение, вторая улавливает электромагнитное поле, которое создают в детали вихревые токи. Эталонная деталь, пред­ варительно проверенная обычными методами, помещается в первый датчик, контролируемая — во второй. Данные от датчиков посту­ пают в специальный прибор, в котором сравниваются сигналы, по­ лученные от обоих датчиков от вихревых токов. Если испытываемая деталь имеет трещины или иную структуру, то ее электрические и магнитные характеристики будут отличаться, что отразится на ос­ циллографе. С помощью этих приборов можно рассортировывать металл по маркам, определять глубину и качество термической и химико-термической обработки, находить трещины, раковины, оце­ нивать внутренние напряжения, находить трещины на поверхно­ стях деталей.

У л ь т р а з в у к о в ы е м е т о д ы н е р а з р у ш а ю щ е г о к о н т ­ ро л я. Ультразвуковые (УЗ) методы контроля получили самое широкое распространение по сравнению с другими методами бла­ годаря своей универсальности.

С помощью этих методов можно контролировать любые твердые или жидкие материалы (индикация может быть полностью авто­ матизирована), обнаруживать дефекты вблизи поверхности и на расстоянии до 15 м от нее.

Контроль с помощью ультразвука заключается в следующем. Искательная головка преобразует с помощью пьезокварца элек­ трические колебания, вырабатываемые генератором тока высокой частоты (ТВЧ), в механические упругие колебания ультразвуковой частоты. При соприкосновении искательной головки с поверхностью контролируемой детали эти колебания через слой контактной смаз­

146

ки распространяются узким пучком внутрь изделия. Дойдя до де­ фекта, ультразвуковые волны отражаются от него и частично попа­ дают на приемный пьезоэлектрический преобразователь, в кото­ ром ультразвуковые волны преобразуются в электрические коле­ бания. По величине импульсов на осциллографе судят об интенсив­ ности звуковых колебаний и о наличии дефектов в контролируемом изделии.

Эти методы позволяют обнаруживать дефекты в отливках, по­ ковках, сварных швах, трубах, заготовках, определять их размер и глубину залегания.

Например, специальное ультразвуковое оборудование исполь­ зуется для оперативной проверки и оценки пригодности самолетов к дальнейшим полетам. Применение этого оборудования позволяет увеличить интервалы времени между дорогостоящими профилакти­ ческими обслуживаниями. Такое испытательное оборудование яв­ ляется универсальным, а программа его работы по обслуживанию самолетов каждого конкретного типа записывается на отдельную магнитную ленту.

УЗ-методы применяются также для контроля толщины труб на нефтеочистных заводах, обнаружения участков с предельно допу­ стимым уменьшением толщины из-за коррозии и эрозии. Ультра­ звуковой дефектоскоп для контроля толщины труб представляет собой компактный, легкий (6 кг) прибор переносного тина, позво­ ляющий производить контроль в самых труднодоступных участках труб.

Метод контроля может быть иммерсионным или контактным. При иммерсионном методе датчик погружается в воду, поэтому он должен быть герметизирован. При контактном методе преобразо­ ватель обычно находится в непосредственном контакте с контроли­ руемым изделием.

Угол ввода УЗ-луча может быть самым разнообразным. Приме­ няется иногда контроль с использованием раздельных преобразова­ телей для излучения и приема, что позволяет обнаруживать дефек­ ты, расположенные вблизи поверхности.

В последнее время ведутся работы по созданию ультразвуковых

.дефектоскопов без использования преобразователей. В основу та­ ких методов был положен тот факт, что высокочастотные токи на поверхности металла при наличии магнитного поля вызывают в металле УЗ-колебания. Этот процесс обратим, что делает возмож­ ным непосредственное (без промежуточных преобразователей) пре­ вращение электромагнитной энергии в механическую и обратно. Это позволяет производить УЗ-дефектоскопию металлов без физи­ ческого контакта с его поверхностью.

М а г н и т н а я п о р о ш к о в а я д е ф е к т о с к о п и я . В основу метода магнитной порошковой дефектоскопии положено свойство магнитных силовых линий огибать дефекты, как препятствия с ма-

.лой магнитной проницаемостью. В результате этого ферромагнит­ ные частицы располагаются на поверхности в соответствии с на­

правлением магнитных силовых линий и очерчивают магнитное по­ ле рассеяния. Концентрация силовых линий вокруг дефекта вызы­ вает соответствующее накопление ферромагнитных частиц. При этом методе дефект обнаруживается только в том случае, если на­ магничивающее поле пересекает его под прямым углом. Поэтому когда неизвестно направление трещины, испытания следует прово­ дить при намагничивании в двух перпендикулярных направлениях.

Магнитная порошковая дефектоскопия применяется для выяв­ ления продольных дефектов в трубах и прутках, для контроля каче­ ства сварных соединений. Этот же метод применим для обнаруже­ ния усталостных трещин в деталях машин в полевых условиях.

когда формы и особенности состояния поверхности делают неприме­ нимыми ультразвуковой и электроиндуктивный методы, а неферро­ магнитные свойства материалов не позволяют использовать магнит­ ную порошковую дефектоскопию.

Поверхностные трещины обладают свойством капиллярных сосудов, т. е. способностью «всасывать».смачивающие их жидкости. При покрытии поверхности специальными свето- и цветоконтрастны­ ми индикаторными веществами происходит их всасывание, затем раствор смывают с поверхности. Оставшиеся в трещинах вещества дают картину состояния поверхностного слоя.

Капиллярная дефектоскопия использует люминесцентный и цвет­ ной методы. При люминесцентном методе деталь погружают в рас­ твор кристаллофосфора в летучем растворителе. После извлечения детали растворитель улетучивается, а на кромках дефектов остают­ ся кристаллы люминофера, которые светятся под действием ультра­

случае деталь выдерживают в индикаторном растворе, затем высу­ шивают и посыпают порошком сорбента, который всасывает остав­ шиеся в дефектах индикаторные вещества. Люминесценция раство­ ра, поглощенного сорбентом, дает картину расположения дефектов. При цветных методах в качестве сорбентов применяются порошки и жидкие белые краски.

Техническая диагностика машин. В связи с усложнением обору­ дования и машин все более повышаются требования к их качеству и в первую очередь к надежности. Отказ отдельных сложных си­ стем может приводить не только к большим материальным потерям, но и к человеческим жертвам. Для исключения таких тяжелых пос­ ледствий можно идти несколькими путями:

увеличение надежности элементов систем:

внедрение таких стратегий ремонта и обслуживания, когда из­ делие ставят на ремонт независимо от фактического состояния;

внедрение таких методов контроля, которые позволяли бы да­ вать информацию о состоянии изделия в любой момент времени и заблаговременно давать сигнал о возможном появлении отказа.

148

Первый путь наиболее очевиден, но он не всегда является эко­ номически оправданным, так как для многих элементов изделий по­ лучить практически достоверную безотказность в течение требуемо­ го интервала времени сложно и сопряжено с большими материаль­ ными потерями.

Второй путь приводит к излишнему простою оборудования и оп­ ределенным затратам на ремонт, в то время как проведение таких, мероприятий не вызывалось фактическим состоянием объекта. Кро­ ме того, из-за большого рассеивания показателей надежности нель­ зя быть полностью уверенным, что до установленного срока все же­ не произойдет отказ.

Поэтому в последние годы появилась новая наука — техническая' диагностика, которая позволяет устанавливать состояние объекта, прогнозировать возможные сроки появления отказов. Техническаядиагностика позволяет также проводить проверку технического со­ стояния объекта в процессе его производства, указывать место и ха­ рактер имеющихся неисправностей. Техническая диагностика яв­ ляется одной из наиболее молодых форм контроля надежности ма­ шин и их элементов и прогнозирования возможных отказов. Мето­ ды технической диагностики основаны на том, что каждый рабо­ тающий механизм порождает большое число разнообразных физи­ ческих процессов (шум, вибрацию, выбрасывание выхлопных газов, и т. д.), основные характеристики которых можно непосредственно' измерить. Эти характеристики являются функцией состояния меха­ низма.

Основные условия диагностики сводятся к следующему:

любое состояние, в котором может находиться механизм, принад­ лежит одному и только одному классу заранее составленной клас­ сификации состояний;

изменение каждого подлежащего определению параметра меха­ низма должно приводить к изменению диагностического сигнала; диагностический прибор, воспринимающий сигналы механизма, должен содержать заранее информацию о сигналах, порождаемых

каждым классом состояний механизма.

Техническая диагностика состояния машин должна производить­ ся как в процессе эксплуатации, так и при их постановке на капи­ тальный ремонт.

Диагностика позволяет осуществлять анализ состояния меха­ низмов и агрегатов без их разборки. Это особенно важно, так как каждая лишняя разборка и сборка требует затраты определенных средств и, кроме того, снижает надежность машины.

Наиболее распространенной характеристикой работы машины, позволяющей делать е ы в о д ы о ее техническом состоянии, являются шумовые (акустические) сигналы. Любые звуковые сигналы могут быть -охарактеризованы количественно силой звука. Следовательно, и состояние машины может быть охарактеризовано этой величиной.

Например, уровень шума подшипников качения и скольжения, зубчатых передач, поршневых групп двигателей внутреннего сгора­

149»